在三峽工程明渠截流水文測測中，我們使用Trimble激光全站儀、清華山維EPS成圖軟件和太平洋數(shù)據(jù)鏈。

三、截流戧堤口門區(qū)水文監(jiān)測的特點

與一般地區(qū)的測量相比，截流期間的口門水文監(jiān)測有其特殊環(huán)境和特殊要求。

監(jiān)測環(huán)境的特殊性體現(xiàn)在以下幾方面：

1、由于明渠截流施工采用“雙戧雙向進占”方式，隨著截流施工進占，戧堤的形象和裹頭位置不斷變化。監(jiān)測點必須隨著戧堤進占而實施跟蹤監(jiān)測。這使得傳統(tǒng)的水尺觀測無法實現(xiàn)。

2、由于口門寬的不斷縮窄，口門區(qū)流速增大，水流對戧堤的沖刷非常劇烈，對于不斷推進的裹頭來說，邊坡狀況不穩(wěn)定，時常發(fā)生大幅度的沉降和局部區(qū)域的坍塌現(xiàn)象，監(jiān)測人員很難接近戧堤水邊。

3、截流進占的施工強度極大，不允許監(jiān)測人員在施工現(xiàn)場作業(yè)甚至停留。

在技術要求上，也體現(xiàn)出特殊性。尤其是三峽工程明渠截流，由于其截流難度大、技術要求高，對口門水文監(jiān)測提出了更高的要求：

1、觀測的連續(xù)性。水文要素監(jiān)測必須連續(xù)進行，不能間斷。保障截流施工、監(jiān)理和管理決策對水文信息的需要。

2、觀測的實時性和突然性。截流施工受長江來水、環(huán)保、氣象等因素影響和其它相關工程的制約，特別是為保證長江不斷航，根據(jù)具體實際情況，施工進度安排時常作較大調(diào)整。水文監(jiān)測也相應調(diào)整，時常出現(xiàn)高密度、高強度實時測報的監(jiān)測過程。

3、技術要求高?？陂T寬和水面寬測量，要求必須嚴格控制在設計的截流戧堤軸線上；裹頭水位測量必須保證具有國家水位觀測規(guī)范規(guī)定的水位觀測精度。

4、實施難度大。比如水位測量，一般江河上觀測并不復雜，但是在裹頭，由于大幅度的沉降，用傳統(tǒng)方法實施實時觀測的難度就非常大。采用無人立尺方法觀測水位徹底解決了安全問題，但水面線的正確測定和夜間觀測難度大，需要技術上的創(chuàng)新。

四、截流戧堤口門區(qū)水文監(jiān)測的實施

1、戧堤形象和口門寬測量

明渠截流期，根據(jù)截流施工進度及時、準確監(jiān)測了上、下游截流戧堤形象和口門寬。利用高精度Trimble 5601型激光全站儀所具有的免棱鏡測程可達400m、測距精度5mm+3ppm、測角精度的特點，無接觸式測出裹頭的形象；使用EPS成圖軟件的計算和編繪功能，實時繪制戧堤三維形象。根據(jù)截流戧堤設計軸線，計算出與堤頂和水邊兩條輪廊線交叉點的坐標，解算口門寬和水面寬。具有實時監(jiān)測裹頭進占態(tài)勢和進占幅度，對裹頭進占過程形象實現(xiàn)直觀的圖解和精確的數(shù)字成果的特點。

2、裹頭水位接測

截流戧堤裹頭水位是標定上下游截流戧堤分擔落差的重要指標之一，要求準確、及時。利用經(jīng)緯儀接測水位，本是一項成熟的測量方法。但是在不同的測量環(huán)境中，應根據(jù)工作實際，采取一些技術創(chuàng)新措施。在截流戧堤裹頭水位測量工作中，根據(jù)工作實際，為保證觀測精度，采取了如下辦法：

① 垂直角和距離異步觀測

在水位監(jiān)測過程中，理論上應準確確定水位監(jiān)測目標位置，準確測量待測目標的垂直角、距離等要素。但在實際工作中，水邊線因為波浪起伏是潮濕的，會影響到激光全站儀的測距。所以在實際工作中，采取了垂直角和距離異步觀測。方法如下：確定水位監(jiān)測目標位置后，準確測取垂直角，至少2測回數(shù)。微移測距目標（盡可能貼近目標位置）測取距離。計算目標位置的三維坐標，并使用EPS成圖系統(tǒng)準確標注入戧堤形象。

下面對因垂直角和距離異步觀測對水位接測帶來的誤差作簡要分析：

解析法接測水位的計算公式為：

                 （1）

其中，Z——測點高程

H——儀器站視線高，儀器站高程與儀器高之和。測站點高程由四等以上水準或電磁波導線測量。儀器高由鋼卷尺量取，精確到1 mm。

——天頂距

 ——球氣差改正值，K指大氣折光系數(shù)，R指地球半徑。在距離一定的情況下，是一個相對固定的值。

   ——垂直角指標差

    由式（1）可以看出，水位接測的精度主要取決于垂直角觀測精度和測距精度。利用經(jīng)緯儀接測水位，是一項已經(jīng)成熟的測量方法，其精度在此不作討論。在采用垂直角和距離異步觀測的條件下，實際意味著測距誤差的增大，對此，有必要作進一步論證。

對式（1）微分并轉(zhuǎn)換為中誤差公式，有

                    （2）

式（2）中，  =206265

           可看作儀器測距標稱誤差，即5mm+3ppm

是經(jīng)緯儀垂直角測量誤差，在工作中，采用了級全站儀。經(jīng)過2測回正倒鏡觀測，指標差一般控制在以內(nèi)，測回差一般控制在以內(nèi)，可認為為。

采用垂直角和距離異步觀測時，垂直角觀測是準確的。當觀測距離控制在400m以內(nèi)時，距離的測量誤差對水位接測精度影響可由表1粗略反映：

表1  距離觀測誤差對水位接測精度影響統(tǒng)計表

在實際工作中，垂直角一般控制在2~3度，當距離觀測誤差控制在0.3米以內(nèi)時，異步觀測對測量精度的影響可以控制在1cm左右?？梢詽M足測量精度需要。

② 多點觀測

在水位接測中，對水邊線的判斷也是誤差來源之一。為了減少這種誤差，消除照準誤差，采用多點觀測取平均值，是有效的辦法。

③ 波浪影響的消除

船只的航行和裹頭投料，都可以產(chǎn)生波浪，影響水面線的確定，波浪也是水位誤差來源之一。為確保水位監(jiān)測精度，采取適當提前和延遲監(jiān)測和一定時段內(nèi)連續(xù)觀測的辦法來消除波浪的影響。

為了確保觀測工作的質(zhì)量，在工作開展前采用以上方法與水尺觀測進行了比測工作，比測結果表明，激光全站儀的接測精度是值得信賴的。

表2      激光全站儀接測水位與水尺觀測比測成果表

3、監(jiān)測成果的整理與傳輸

截流水文監(jiān)測直接服務于截流施工、監(jiān)理和管理決策，要求具有很高的時效性。利用EPS成圖系統(tǒng)輸出的監(jiān)測成果，實時計算、繪圖、修正和合理性檢查，把實測的數(shù)據(jù)經(jīng)專用數(shù)據(jù)處理軟件處理后，使用數(shù)據(jù)傳輸軟件和太平洋數(shù)據(jù)鏈傳輸至水文監(jiān)測數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中心上網(wǎng)公布或以其它方式傳至水文信息用戶。

五、結語

經(jīng)過實踐檢驗，激光全站儀配合EPS成圖測繪系統(tǒng)在三峽工程明渠截流水文測報中的應用是成功的。圓滿完成了任務，收集到了寶貴的水文資料，對截流施工的順利進行提供了有力的保障，充分發(fā)揮了水文工作“尖兵”和“耳目”的作用，為后續(xù)的分析和科研工作打下了基礎。

與傳統(tǒng)的測量方法相比，激光全站儀配合EPS成圖測繪系統(tǒng)在以下幾方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢：

1、確保人員安全

該套系統(tǒng)成功運用，實現(xiàn)了無接觸方式監(jiān)測，徹底消除了裹頭垮塌、施工機械等因素對測量人員的威脅，確保了測量人員的安全。現(xiàn)代科學技術的發(fā)展為安全生產(chǎn)提供了有力的保證。

2、觀測精度得以提高

    激光全站儀的應用使單點測量精度有了保障，EPS成圖軟件使成圖過程中的展點、勾線等繪圖誤差基本消除，提高了測量成果精度。整個測繪系統(tǒng)的應用，基本可以消除人為操作產(chǎn)生的錯誤和誤差。成果質(zhì)量在整體上上了一個新臺階。

3、提高了工作效率

    無人立尺測量方法的實現(xiàn)，避開了裹頭垮塌、施工機械等不利因素對測量速度的影響，EPS成圖軟件的使用免去了計算、繪圖等傳統(tǒng)的手工工作中必不可少的環(huán)節(jié)，便于監(jiān)測成果的合理性檢查；配套的程序?qū)崿F(xiàn)了成果表的自動生成和數(shù)據(jù)遠傳，整個工作基本實現(xiàn)了自動化，大大提高了工作效率。

4、改善了測量工作環(huán)境

由于測量工作人員遠離高強度的施工區(qū)域，避開了噪聲、煙塵和飛沙走石的工作環(huán)境，有利于保護儀器設備和資料的安全整潔。更重要的是，體現(xiàn)了“以人為本”的新的工作思路。

激光全站儀配合EPS成圖軟件測繪系統(tǒng)在三峽工程導流明渠截流水文測報中的應用結果表明，這套系統(tǒng)在配置上是先進的，在技術上是成熟的，在今后的類似工作中具有廣泛的應用前景。